Kaslar, kemiğe bağlandıkları noktalara gerim uygulayarak iş görür ve buna bağlı olarak kemikler çeşitli tipte kaldıraç sistemlerini oluşturur.
Vücudun kaldıraç sistemleri, dört unsur üzerinden değerlendirilir: Kasın yapıştığı noktalar, bu noktaların kaldıracın dayanma noktalarına uzaklıkları, kaldıraç kolunun uzunluğu ve kaldıracın pozisyonu. Vücuttaki uzuvlarla çeşitli tiplerde hareketler yapılır. Bunların bir kısmı büyük kuvvet gerektirirken, bir kısmı ise geniş hareket mesafesine ihtiyaç duyar. Buna bağlı olarak, kas tipleri de çeşitlidir. Bazıları uzundur ve boylarını çok kısaltabilir, bazıları ise kısadır fakat geniş enine kesite sahiptir. Bu sayede kısa mesafede oldukça güçlü kasılmalar sağlar.
Kasların bu özelliklerinden hareketle kinezyoloji; kas tiplerini, kaldıraç sistemlerini ve hareketlerini inceleyen insan fizyoanatomisinin önemli bir alanıdır. İskelet ve kas sistemi ile ilgili tüm bu bilgiler kullanıldığında, 21. yüzyılın en önemli gelişmelerinden biri olan disiplinlerarası iş birliği ile ortaya çıkan insan için insana dair yeni bir alanı tanıtmak gereklidir:
Biyomekatronik sistem mühendisliği.
Özellikle kas, doku ve sinir ağları gibi organizma kısımlarının makine, elektronik, kontrol ve yazılım mühendisliği ilkeleriyle kaynaştırıldığı, disiplinlerarası bilim dalına biyomekatronik denir. Artan ömür süresi ile beraber artık destek ve hareket sistemi yapılarında meydana gelen bozukluk veya eksikliğin giderilmesi bir zorunluluktur.
İnsanların her zaman, her yerde etkin tedavisi ve birey olarak başkalarına bağlı kalmadan yaşayabilmeleri için geliştirilen ve geliştirilecek biyomekatronik sistemler son derece anlamlıdır. Nöro protezler, yapay organlar, ortez ve protezler, biyolojik geri besleme kontrollü rehabilitasyon amaçlı robotlar biyomekatroniğin uygulama alanları arasında sayılabilir.
Biyomekatronik sistem çalışmalarında, hastalık veya doğum kusurları ile kaybedilmiş veya sinirlerle bağlantısı bozulmuş olması nedeniyle hareketini kaybetmiş doku ve organlarda hareketi kolaylaştıracak, insan kas, iskelet ve sinir sistemi ile etkileşimli cihazların tasarımı ve uygulanması hedeflenmektedir.
Bu hedef doğrultusunda, tasarlanan ve kontrol edilen; robotik destek sistemlerinde insanın sinir, destek ve hareket sistemlerine bütünleşmiş; biyolojik yapısından ilham alan çok bileşenli elektromekanik sistem üretim yaklaşımı ön planda tutulmuştur. Bu yaklaşımla endüstriyel olarak üretilmiş birkaç örnek şu şekildedir:
a) Şekil Hafızalı Metal (ŞHM) Eyleyicili Protez El:
Bu çalışmada parmakların çalışma şekilleri ve güçlerine göre eyleyiciler seçilerek protez el tasarımı yapılmıştır. Seçilen eyleyiciler (çeşitli elektirik motorları ve ŞHM) için gerekli kontrol yöntemleri, mikroişlemci üzerinden gerçekleştirilerek parmakların hareketi sağlanmıştır.
b) El Rehabilitasyonu İçin EMG Kontrollü Giyilebilir İskelet Destek Sistemi:
Kas rahatsızlıkları ve kas yaralanmaları, elde fonksiyon kaybına neden olabilmekte ve fizik tedavi rehabilitasyon süreçleri her zaman her hasta için ulaşılabilir olamamaktadır. Taşınabilir ve uzmanların periyodik ve uzaktan denetimi ile evde rehabilitasyon sürecine olanak sağlayan bu sistem vücuttan yüzeysel elektrotlar ile aldığı EMG (Elektromiyogram) sinyallerini kullanarak otomatik çalışır.
c) Yürüme Zorluğu Çeken Çocuklar İçin Destek Sistemi:
Bu sistem, yürüme yetisini tam kaybetmemiş ancak obezite, kas tembelliği gibi sebeplerden dolayı yürüme zorluğu çeken çocukların yürümelerine yardımcı olmak için kullanılmaktadır. Dış iskelet üzerinde bulunan motor, kişinin harekete geçmesiyle çalışmaya başlayarak bir sonraki adım için ayağın ileriye hareketini sağlamaktadır.
d) EMG Kontrollü Endüstriyel El Tasarımı:
Endüstriyel işletmelerde insan elinin yeteneklerinin gerektiği ama insanın çalışması için çok tehlikeli olan alanlarda insan tarafından kendi el hareketleri ile yönlendirilen endüstriyel robotik bir el tasarımı gerçekleştirmek amaçlanmıştır. İnsan vücudundan alınan EMG sinyallerinin okunup işlenmesi ile robotik el tasarımı kontrol edilerek insanların tehlikeli çalışma alanlarından uzakta, zor ve tehlikeli işleri yapabilmesi sağlanmıştır.
Tüm bu tasarımlar herhangi bir nedenle organ kaybı yaşayanlara ve vatan savunmasında görev alıp uzvunu kaybeden gazilerimize, günümüzde ve gelecekte birer umuttur. Bu tasarımlar iskelet ve kas sisteminde meydana gelen kayıpların yerini doldurmasa bile eksikliklerinin yarattığı yoksunluk duygusunu bir nebze azaltacak ve yaşama dair tüm umutlarını canlı tutacaktır. (Kaynak: Guyton s.86, düzenlenmiştir. Yıldız Teknik Üniversitesinden Doç. Dr. Erhan Akdoğan ve Marmara Üniversitesinden Doç. Dr. Erkan Kaplanoğlu’nun yayınlarından derlenmiştir. meb)